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辅助胶凝材料

/supplementary cementitious materials/
条目作者邓敏

邓敏

最后更新 2024-12-05
浏览 386
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以硅、铝、钙等一种或多种氧化物为主要成分,具有规定细度,掺入混凝土中能改善混凝土性能的矿物质材料。

英文名称
supplementary cementitious materials
所属学科
土木工程

在中国,辅助性胶凝材料又分为混凝土掺合料和水泥混合材两种,水泥混合材用于制备水泥,混凝土掺合料通常是生产混凝土时加入的矿物质材料。多数辅助性胶凝材料在混凝土中能够反应生成水化产物,少数辅助性胶凝材料基本不参与化学反应,主要起物理填充作用。辅助性胶凝材料可以是工业副产物,也可以是天然矿物,主要有粉煤灰、粒化高炉矿渣粉(简称矿粉)、硅灰、偏高岭土、钢渣粉、钢铁渣粉、粒化电炉磷渣粉、沸石粉、锂渣粉和石灰石粉等。

由燃煤火力发电厂的煤燃烧烟气中分离收集到的粉体颗粒,主要化学组成为二氧化硅(SiO2)和三氧化二铝(Al2O3),含有一定量的氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、三氧化二铁(Fe2O3)、氧化钠(Na2O)和氧化钾(K2O)等,主要矿物组成为玻璃体,含有少量莫来石、石英和磁铁矿等。粉煤灰分为F类和C类两种,其中由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰称为F类粉煤灰,由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰为C类粉煤灰,其CaO含量一般大于10%。依据粉煤灰细度、需水比和烧失量不同,分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级粉煤灰,其中Ⅰ级粉煤灰火山灰反应活性最高。

由粒化高炉矿渣和少量石膏磨细制备的粉体材料。其主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3和MgO,含有少量氧化铁(FeO)、氧化锰(MnO)和硫(S)等,矿物组成以玻璃体为主。按照28天的活性指数,矿渣粉分为S105、S95和S75共3级,表示28天时掺50%矿粉胶砂的抗压强度占不掺矿粉胶砂抗压强度的百分比分别为不小于105%、95%和75%。

在冶炼硅铁合金和工业硅(金属硅)时产生的挥发性很强的SiO2和Si气体,在排放后与空气中的氧气迅速氧化并冷凝沉淀而形成的一种超细硅质粉体材料。硅灰是一种非晶相无定形圆球颗粒,其中细度小于1微米的细小颗粒占80%以上,平均粒径在0.1~0.3微米,比表面积为20~28米2/克。硅灰(掺量为10%)28天活性指数要求不小于85%。

一种人工火山灰材料,是超细高岭土经过低温煅烧而形成的无定型硅酸铝,具有很高的火山灰活性。

炼钢过程中产生的钢渣经磨细得到的粉体材料。主要化学组成为CaO、SiO2、Al2O3和MgO,含有少量MnO、Fe2O3、FeO和五氧化二磷(P2O5)等,转炉钢渣的主要矿物组成有硅酸二钙、硅酸三钙、镁铁固溶体和铁酸二钙,含有少量游离CaO或MgO等。用作掺合料时,钢渣中游离CaO含量应不大于3.0%,当钢渣中MgO含量大于13%时,需采用压蒸法检验安定性。一级和二级钢渣粉(掺量为30%)28天活性指数分别不小于80%和65%。

由粒化高炉矿渣、钢渣和少量石膏磨细制备的粉体材料。粒化高炉矿渣掺量为50%~80%,钢渣掺量为20%~50%。钢铁渣粉分为G95、G85和G75共3级,其(掺量为50%)28天的活性指数分别不小于95%、85%和75%。

以粒化电炉磷渣为主要原料,加入少量石膏共同粉磨制备的粉体材料。用作掺合料的粒化电炉磷渣粉,其五氧化磷的含量应不超过3.5%。粒化电炉磷渣粉分为L95、L85和L70共3级,其(掺量为30%)28天的活性指数分别不小于95%、85%和70%。

由硫酸法生产碳酸锂过程中产生的残渣副产品经干燥、粉磨后达到一定细度的粉体材料。锂渣的主要化学成分为SiO2、Al2O3和CaO,含有少量SO3等。锂渣具有很高的火山灰反应活性,其(掺量为30%)28天的活性指数不小于95%。

经石灰石粉磨制成的微细粉体。石灰石粉中的方解石能参与反应形成少量水化碳铝酸钙,多数石灰石粉在水泥混凝土中仅起填充作用。石灰石粉能够改善混凝土的和易性,其(掺量为30%)28天的活性指数不小于60%。

由天然斜发沸石岩或丝光沸石岩磨细制成的粉体材料。Ⅰ级和Ⅱ级沸石粉(掺量为10%)28天活性指数分别不小于75%和70%。

由两种或两种以上的矿物原料,按照一定比例混合后,必要时掺加适量石膏和助磨剂,再粉磨至规定细度的粉体材料。其中,每种矿物原料质量分数不小于10%。复合矿物掺合料28天的活性指数不小于75%。

在混凝土中掺入适量掺合料有如下作用:①改善混凝土的工作性能。②通过火山灰反应细化混凝土内部孔隙,降低氯离子和硫酸根离子等的扩散系数,提高混凝土耐腐蚀性能。③足量的粉煤灰、矿粉、硅灰和偏高岭土等掺合料能有效抑制混凝土碱骨料反应。④添加掺合料可降低混凝土绝热温升,减少混凝土温降收缩引起的开裂。⑤部分取代水泥能够降低水泥用量,减少水泥工业二氧化碳(CO2)排放,同时也处置了工业废渣,降低了环境负荷。

  • TAYLOR H F W.Cement Chemistry.London:Academic Press,1990.
  • NEWMAN J,CHOO B S.Advanced Concrete Technology: Constituent Materials.Oxford:Butterworth-Heinemann,2003.
  • LOTHENBACH B,SCRIVENER K,HOOTON R H.Supplementary cementitious materials.Cement and Concrete Research,2011,41(12):1244-1256.

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